1 充电状态（State-Of-；SOC）
充电状态可以定义为电池中可用电能的状态，通常以百分比表示。 由于可用的电能会因充放电电流、温度和老化现象而变化，因此荷电状态的定义也分为两种：绝对荷电状态和相对荷电状态。
通常相对荷电状态的范围是0%到100%，而电池充满电时为100%，完全放电时为0%。 绝对荷电状态是根据电池制造时设计的固定容量值计算出的参考值。 新的充满电的电池的绝对充电状态是100%； 而老化的电池，即使充满电，在不同的充放电条件下也无法达到100%。
下图显示了不同放电倍率下电压与电池容量的关系。 放电倍率越高，电池容量越低。 当温度较低时，电池容量也会下降。
图1 不同放电倍率和温度下电压与容量的关系
2 最大充电电压（Max）
最大充电电压与电池的化学成分和特性有关。 锂电池的充电电压通常为4.2V和4.35V，如果正极和负极材料不同，电压值也会不同。
3 充满电
当电池电压与最大充电电压之差小于100mV，且充电电流减小至C/10时，可认为电池已充满。 完全充电条件根据电池特性而变化。
下图为典型的锂电池充电特性曲线。 当电池电压等于最大充电电压并且充电电流减小到C/10时，电池被认为充满。
图2 锂电池充电特性曲线
4 最小放电电压（Mini）
最小放电电压可以通过截止放电电压来定义，通常是充电状态为0%时的电压。 这个电压值不是一个固定值，而是随着负载、温度、老化或其他因素的变化而变化。
5 完全放电
当电池电压小于或等于最低放电电压时，可称为完全放电。
6 充放电倍率（C-Rate）
充放电倍率是充放电电流相对于电池容量的表示。 例如，如果使用1C放电一小时，理想情况下，电池将完全放电。 不同的充电和放电速率将导致不同的可用容量。 一般来说，充放电倍率越大，可用容量越小。
7 循环寿命
循环次数是电池经历完全充电和放电的次数，可以根据实际放电容量和设计容量来估算。 当累计放电容量等于设计容量时，循环次数为1次。 通常经过500次充放电循环后，充满电的电池容量会下降约10%至20%。
图3 循环次数与电池容量的关系
8 自放电（Self-）
所有电池的自放电都会随着温度升高而增加。 自放电基本上不是制造缺陷，而是电池本身的特性。 然而，制造过程中处理不当也会导致自放电增加。 一般来说，电池温度每升高10°C，自放电率就会增加一倍。 锂离子电池的自放电量约为每月1~2%，而各种镍基电池的自放电量为每月10~15%。
图4 不同温度下锂电池自放电率表现
2.电池电量计简介
1 电量计功能介绍
电池管理可以被视为电源管理的一部分。 在电池管理中，电量计负责估算电池容量。 其基本功能是监测电压、充放电电流和电池温度，并估计电池荷电状态（SOC）和电池满充电容量（FCC）。 估算电池充电状态有两种典型方法：开路电压 (OCV) 和库仑测量法。 另一种方法是通过动态电压算法设计的。
2 开路电压法
采用开路电压法实现电量计比较容易，可以通过查找荷电状态表对应的开路电压来获得。 开路电压的假设是电池静置约30分钟时的电池端电压。
在不同的负载、温度和电池老化条件下，电池电压曲线也会不同。 因此，固定开路电压表不能完全代表充电状态； 仅通过查表无法估计充电状态。 也就是说，如果仅通过查表来估算荷电状态，误差会很大。
下图显示，相同电池电压充放电时，开路电压法检测到的荷电状态差异很大。
图5 充放电时电池电压
从下图可以看出，放电时不同负载下荷电状态变化很大。 所以基本上，开路电压法只适用于对荷电状态精度要求不高的系统，例如使用铅酸电池或不间断电源的汽车。
图6 放电时不同负载下的电池电压
3 库仑测量方法
库仑计量的工作原理是在电池的充电/放电路径中连接一个检测电阻。 ADC 测量检测电阻上的电压并将其转换为正在充电或放电的电池的电流值。 实时计数器 (RTC) 将电流值与时间相结合，以了解有多少库仑正在流动。
图7 库仑测量法的基本工作方法
库仑法可准确计算充电或放电过程中的实时荷电状态。 通过充电库仑计和放电库仑计，可以计算出剩余容量（RM）和满充电容量（FCC）。 同时，还可以利用剩余容量（RM）和充满电容量（FCC）来计算荷电状态，即（SOC=RM/FCC）。 此外，它还可以估计剩余时间，例如电池何时耗尽（TTE）和电池何时充满电（TTF）。
图8 库仑测量法计算公式
造成库仑测量方法精度偏差的因素主要有两个。 第一个是电流感测和 ADC 测量中偏移误差的累积。 虽然以目前的技术来看测量误差相对较小，但如果没有好的方法消除它，随着时间的推移，误差会越来越大。 下图显示，在实际应用中，如果随着时间的推移不进行修正，则累积误差没有上限。
图9 库仑测量方法的累积误差
为了消除累积误差，电池正常运行时可以使用三个可能的时间点：充电结束（EOC）、放电结束（EOD）和休息（Relax）。 充电结束条件完成表明电池已充满电并且充电状态（SOC）应为100%。 放电结束状态表示电池已完全放电，充电状态（SOC）应为0%； 它可以是绝对电压值或随负载变化。 当达到静止状态时，电池既不充电也不放电，并长期保持这种状态。 如果用户想利用电池的静止状态来修正库仑测量方法的误差，此时必须使用开路电压表。 下图表明，上述条件下的充电状态误差是可以纠正的。
图10 消除库仑测量法累积误差的条件
造成库仑测量方法精度偏差的第二大因素是满充电容量（FCC）误差，即电池设计容量值与电池真实满充电容量之间的差异。 满充电容量（FCC）会受到温度、老化、负载等因素的影响。 因此，满充电容量的重新学习和补偿方法对于库伦测量方法来说非常关键。 下图显示了高估和低估满充电容量时荷电状态误差的趋势现象。
图11 满充电容量高估和低估时的误差趋势
4 动态电压算法电量计
动态电压算法电量计仅根据电池电压计算锂电池的充电状态。 该方法根据电池电压和电池开路电压之间的差异来估计充电状态的增量或减量。 动态电压信息可以有效模拟锂电池的行为并确定荷电状态SOC（%），但该方法无法估计电池容量值（mAh）。
它是利用迭代算法计算每次增加或减少时的荷电状态，根据电池电压与开路电压之间的动态差值来估计荷电状态。 与库仑电量计解决方案相比，动态电压算法电量计不会随时间和电流累积误差。 由于电流传感误差和电池自放电，库仑电量计经常会出现充电状态估计不准确的情况。 即使电流感测误差很小，库仑计数器也会不断累积误差，并且只有在完全充电或完全放电时才能消除累积的误差。
动态电压算法电量计仅根据电压信息估计电池的充电状态； 由于不是根据电池的当前信息进行估计电荷量公式，因此不会累积误差。 为了提高荷电状态的准确度，动态电压算法需要使用实际设备，根据满充和满放情况下的实际电池电压曲线来调整优化算法的参数。
图12 动态电压算法电量计性能及增益优化
下面是动态电压算法在不同放电倍率条件下的荷电状态表现。 从图中可以看出，其荷电状态精度良好。 无论C/2、C/4、C/7和C/10放电条件如何电荷量公式，该方法的总体荷电状态误差均小于3%。
图13 不同放电倍率条件下动态电压算法的荷电状态表现
下图为电池短路充放电时荷电状态的表现。 荷电状态误差仍然很小，最大误差仅为3%。
图14 电池短充、短放情况下动态电压算法荷电状态表现
与库仑计量电量计通常由于电流传感误差和电池自放电而导致充电状态不准确相比，动态电压算法不会随着时间和电流累积误差，这是一个很大的优势。 由于没有充放电电流的信息，动态电压算法的短期精度较差，响应时间较慢。 此外，它无法估计完全充电容量。 然而，它在长期精度方面表现良好，因为电池电压最终直接反映其充电状态。
